宋 飛

(河北省張家口水文水資源勘測(cè)局，河北 張家口 075000)

河湖普查山地河流平均比降校核方法的探討

宋 飛

(河北省張家口水文水資源勘測(cè)局，河北 張家口 075000)

2010—2012年第一次全國(guó)水利普查是新中國(guó)成立以來第一次全面的水利調(diào)查。普查共分8個(gè)專項(xiàng)，其中河湖普查開展最早，河湖普查是國(guó)務(wù)院第一次全國(guó)水利普查的主要任務(wù),也是其他水利專項(xiàng)普查的基礎(chǔ)。流域水系自然特征校核是河湖特征一項(xiàng)重要的工作，其中對(duì)于國(guó)普辦提取的河流平均比降數(shù)據(jù)進(jìn)行校核是一項(xiàng)重要的工作。

水利普查；河湖普查；自然特征；平均比降；校核方法

1 河湖普查背景

水是生命之源、生產(chǎn)之要、生態(tài)之基。為全面了解水利發(fā)展?fàn)顩r，提高水利服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展能力，實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)開發(fā)、利用和保護(hù)，國(guó)務(wù)院于2010年1月下發(fā)了《關(guān)于開展第一次全國(guó)水利普查的通知》，決定用3 a的時(shí)間在我國(guó)開展水利普查，這是新中國(guó)成立60多年來首次開展全國(guó)性水利普查。

第一次全國(guó)水利普查是新中國(guó)成立以來第一次全面的水利調(diào)查，普查內(nèi)容不僅包括我國(guó)江河、湖泊及水資源開發(fā)情況的調(diào)查，而且涵蓋了水利工程、江河湖泊治理保護(hù)狀況和經(jīng)濟(jì)社會(huì)用水量調(diào)查等多方面狀況的普查。實(shí)施第一次全國(guó)水利普查不僅有利于實(shí)行嚴(yán)格的水資源管理制度，推進(jìn)水資源合理配置和高效利用；而且有利于深化水利管理體制改革，增強(qiáng)水利公共服務(wù)能力；對(duì)于提高全社會(huì)水患意識(shí)和水資源節(jié)約保護(hù)意識(shí)，推進(jìn)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)建設(shè)也具有重要意義[1]。

2 河流特征清查流域水系自然特征基本情況

河湖特征清查作為清查的第二階段，主要是清查河流和湖泊的各種特征，包括河流基本特征、流域水系自然特征和水文特征。流域水系自然特征主要包括：地理位置，氣候條件、土壤巖石性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、地形、地貌、植被、以及湖泊、沼澤等。流域面積大小相近的流域，因地形、氣候及下墊面條件的不同，流域的產(chǎn)流、產(chǎn)沙等情況會(huì)出現(xiàn)很大差異。本次普查的流域水系特征包括：包括河源地理位置和坐標(biāo)、河口地理位置和坐標(biāo)、河流平均比降[2]。

3 國(guó)普辦量算河流平均比降的方法

河流平均比降，系河源至河口平均比降。河源點(diǎn)高程、河口點(diǎn)高程首先是由國(guó)務(wù)院水利普查辦河湖組應(yīng)用3s以技術(shù)從國(guó)家基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)和影像圖中提取。河長(zhǎng)是應(yīng)用地理信息系統(tǒng)量算獲取，河流在GIS軟件中是以河段組成的，河長(zhǎng)等于每個(gè)河段長(zhǎng)度之和。河流平均比降是由國(guó)普辦河湖組應(yīng)用1∶5萬DEM網(wǎng)格數(shù)據(jù)直接量算。

4 現(xiàn)有資料河流比降成果分析

4.1 現(xiàn)有資料計(jì)算方法

現(xiàn)有刊印資料統(tǒng)計(jì)的河流比降不是河流的平均比降，基本都是直接以河源點(diǎn)與河口點(diǎn)垂直高程之差除以河長(zhǎng)得出。這種計(jì)算方法過于簡(jiǎn)單，沒有考慮到山區(qū)河流比降在河道不同河段的變化十分劇烈。以張家口市境內(nèi)河道為例，河道坡度從河源到河口是從大到小變化，河源處于山頂位置，坡度陡比降大，河口多在盆地，坡度平緩比降小，現(xiàn)有資料計(jì)算出的河道比降結(jié)果比國(guó)普辦量算出的結(jié)果往往偏大很多[3]。

4.2 現(xiàn)有刊印資料河源位置的問題

河源是指河流上游最初具有表面水流形態(tài)的地點(diǎn)。以張家口市為例，張家口市屬大陸性氣候，四季分明，雨熱同季。全市地形特點(diǎn)以陰山山脈大馬群山分水嶺為界，分為壩上、壩下兩個(gè)自然區(qū)域，境內(nèi)河流均為山地河流，絕大多數(shù)河流沒有基流，多為季節(jié)性河流，按照該定義很可能在整條河流都找不到具有表面水流形態(tài)的地點(diǎn)?，F(xiàn)有的刊印資料有以河按照流上游河谷趨勢(shì)順延至山頂?shù)奈恢脼楹釉?，還有以最初具有表面水流形態(tài)的地點(diǎn)為河源，已有資料定義的河流源頭都是一個(gè)點(diǎn)，而河湖普查河源的確定方法是依據(jù)1：5萬的數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)(DEM)和數(shù)字線劃數(shù)字水系(DLG水系)同化生成的河流源頭區(qū)綜合數(shù)字水系末端(綜合數(shù)字水系的最小積水面積定義為0.2km2)作為河流的源頭，即河湖普查河流源頭是0.2km2的一個(gè)區(qū)域，各種刊印資料對(duì)河源的定義與河湖普查河源的定義不一致。

4.3 河湖普查確定的河流源頭、河口位置很多與現(xiàn)有資料不一致。

河湖普查過程中按照“河源唯遠(yuǎn)”和“水量唯大”的準(zhǔn)則，加之流域內(nèi)自然地理要素氣候條件一致的情況下，根據(jù)干支流交匯處以上的河長(zhǎng)比、面積比、徑流量比、河長(zhǎng)起算點(diǎn)高程差等指標(biāo)比對(duì)綜合確定河流的河源。這樣一來就打破了許多河流原來約定俗成的河流走向，河流名稱不變，但是干支關(guān)系發(fā)生變化，隨之河源點(diǎn)位置也就發(fā)生了改變。在此次普查中采用了河流概化為中弘線的方法，支流河口是指匯出支流與下一級(jí)河流(干流)中泓的交叉點(diǎn)。現(xiàn)實(shí)中河流本身就有一定寬度，由于傳統(tǒng)的河口即是到下一級(jí)河流(干流)的岸邊即可，使得此次普查的河流河口位置與現(xiàn)實(shí)位置不一致，對(duì)于河源河口變動(dòng)的河流用現(xiàn)有的刊印資料來核對(duì)國(guó)普辦的數(shù)據(jù)從根本上就是錯(cuò)誤的。

5 張家口河湖組采用的校核方法

河北省張家口境內(nèi)共有干流流經(jīng)河流187條，均為山地河流，涉及到特征清查的河流共計(jì)110條。由于受1∶5萬紙質(zhì)地形圖的限制，張家口河湖組只對(duì)特征清查表中干流只流經(jīng)張家口的河流進(jìn)行了量算校核，對(duì)于只有河源或者河口在張家口境內(nèi)的河流只量取了對(duì)應(yīng)的河源或者河口的高程。

本次張家口河湖組采用等面積包圍法計(jì)算河道平均比降，計(jì)算公式如下：

(1)

式中：SL為河道平均比降；n為河段個(gè)數(shù)；hi為第i節(jié)點(diǎn)高程(i=1,2,…，n+1)；Li為第i河段長(zhǎng)度；h0為河口高程(等于h1或hn+1)；L為河道長(zhǎng)度。

5.1 河源、河口高程、分段河長(zhǎng)的量取

國(guó)普辦通過3s以技術(shù)從國(guó)家基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)和影像圖中提取出的經(jīng)緯度坐標(biāo)精度達(dá)到了0.1″。張家口河湖組采用的是1∶5萬紙質(zhì)地形圖，地圖的精度為1′，1′以下的數(shù)據(jù)需要估讀，在量取分段河長(zhǎng)時(shí)采用了傳統(tǒng)的兩腳規(guī)量取，為了避免河流彎道過多引起誤差，盡量減小兩腳規(guī)的間距，張家口河湖組采用的是0.5cm。1∶5萬地形圖兩條等高線間高差為10m，分段河長(zhǎng)的量取采用沿河道從源頭向河口采用量取兩個(gè)穿河等高線間距的方法，由于張家口市境內(nèi)河流屬山地河流河勢(shì)陡等高線密集，以10m等高線來量取分段河長(zhǎng)，在紙質(zhì)地圖上無法實(shí)現(xiàn)，故而張家口河湖組根據(jù)實(shí)際情對(duì)于河源河口高差>500m的河流設(shè)定穿河等高線高差為50m量取分段河長(zhǎng)(河源等高線密集的區(qū)域采用穿河等高線20m高差量取分段河長(zhǎng))，對(duì)于河源河口高差≥500m的河流設(shè)定穿河等高線高差為20m量取分段河長(zhǎng)。

5.2 對(duì)于入庫(kù)、入湖河流河口高程采用了水邊線的高程

河湖普查對(duì)于水庫(kù)和湖泊的處理原則：水庫(kù)和湖泊一般要進(jìn)行單線化處理，河流水系的幾何特征一般也不直接考慮水庫(kù)的影響，根據(jù)實(shí)際情況人工確定主流中泓，在概化時(shí)用面狀對(duì)象中軸線代替。入湖河口指常年水面面積時(shí)，入湖兩岸橫貫河口連線的中泓。對(duì)于內(nèi)陸河河口指消亡區(qū)中心地帶或內(nèi)陸湖的入湖口。張家口境內(nèi)入庫(kù)、入湖的河流主要涉及到官?gòu)d水庫(kù)、云州水庫(kù)、壺流河水庫(kù)等水庫(kù)和安固里淖、察汗淖等淖泊周邊河流。官?gòu)d水庫(kù)庫(kù)區(qū)實(shí)際上是占用的是永定河和媯水河的干流，在河湖普查中水利工程沒有得到體現(xiàn)，整個(gè)官?gòu)d水庫(kù)是概化為中泓線的，入永定河支流的河口位置都在庫(kù)區(qū)內(nèi)，有的深入庫(kù)區(qū)幾公里甚至十幾公里，由于庫(kù)區(qū)內(nèi)淹沒地形高程無法得知，對(duì)于入水庫(kù)和湖泊的河流河口高程采用水庫(kù)、湖泊水邊線的高程，計(jì)算河長(zhǎng)時(shí)依舊采用概化出的中泓處河口位置。

5.3 對(duì)河流分段河長(zhǎng)按照權(quán)重進(jìn)行修正

由于人工量取河道長(zhǎng)度存在誤差，兩腳規(guī)跨度大或河流小灣道過多時(shí)，兩腳規(guī)會(huì)因忽略小的彎曲而使兩得的結(jié)果偏小，經(jīng)計(jì)算人工量取河長(zhǎng)與國(guó)普辦提取河流長(zhǎng)度數(shù)據(jù)的誤差小于5%。根據(jù)國(guó)普辦河湖組應(yīng)用地理信息系統(tǒng)量算獲取的河長(zhǎng)對(duì)兩腳規(guī)量取河長(zhǎng)按權(quán)重進(jìn)行了修正，減小河段河長(zhǎng)這個(gè)因素對(duì)河道比降計(jì)算產(chǎn)生的影響。

6 人工校核的誤差分析

張家口河湖組把人工量取計(jì)算出的數(shù)據(jù)與國(guó)普辦數(shù)據(jù)對(duì)比，所有人工量取計(jì)算出河流比降與國(guó)普辦數(shù)值相差不大，均在誤差5%允許范圍內(nèi)。通過張家口河湖組的統(tǒng)計(jì)，量算校核計(jì)算出的河道比降數(shù)值：50%比國(guó)普辦數(shù)值偏大；29%與國(guó)普辦數(shù)據(jù)基本相等(兩者數(shù)據(jù)之差<0.1‰)；21%數(shù)據(jù)略小于國(guó)普辦數(shù)據(jù)，產(chǎn)生誤差的原因主要以下2個(gè)方面：

6.1 紙質(zhì)地圖人工查圖會(huì)出現(xiàn)誤差

國(guó)普辦通過3s以技術(shù)從國(guó)家基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)和影像圖中提取出的經(jīng)緯度坐標(biāo)精度達(dá)到了0.1″。張家口河湖組采用的是1∶5萬紙質(zhì)地形圖，地圖的精度為1′，1′以下的數(shù)據(jù)需要估讀，人工查圖會(huì)出現(xiàn)誤差。1∶5萬地形圖兩條等高線間高差為10m，特別是河源處坡度較大，等高線特別密集，距離差一點(diǎn)高程就會(huì)差很多。相對(duì)來說河口誤差相對(duì)較小。經(jīng)統(tǒng)計(jì)張家口河湖組選取的河流71%的河源誤差在10m以內(nèi)，29%的河流河源誤差相對(duì)較大，基本都在30m以內(nèi)；所有河流河口誤差均在10m以內(nèi)。

6.2 量取的密度不夠。

張家口人工量算的河道平均比降偏大的主要原因是量取河長(zhǎng)的密度不夠。穿河高線高差越大對(duì)應(yīng)河段越長(zhǎng)，造成的計(jì)算結(jié)果偏差就越偏大。在紙質(zhì)地圖上山區(qū)地帶，人工以穿河等高線高差10m來量算分段河長(zhǎng)無法實(shí)現(xiàn)，由于張家口河湖組基本采用穿河等高線20m和50m高差量取分段河長(zhǎng)，相對(duì)國(guó)普辦數(shù)據(jù)來說造成的計(jì)算結(jié)果往往偏大。

7 結(jié)論建議

通過計(jì)算分析，此次國(guó)普辦提供的數(shù)據(jù)和張家口河湖組計(jì)算的數(shù)據(jù)基本一致，張家口河湖組所采用的校核方法確實(shí)可行。對(duì)于入庫(kù)河流，量算河流平均比降時(shí)，取用河長(zhǎng)應(yīng)該采用河源到實(shí)際入庫(kù)河口段河長(zhǎng)，不采用河源到概化中泓河口河長(zhǎng)。由于水庫(kù)概化為中泓線，造成入庫(kù)河流的河長(zhǎng)比實(shí)際河長(zhǎng)長(zhǎng)很多，特別是100km2以下的河流，河道長(zhǎng)度相對(duì)較短，采用延長(zhǎng)到中泓線的河長(zhǎng)，由于河長(zhǎng)增加高差不變，計(jì)算出的河流平均比降比實(shí)際偏小很多。

[1]國(guó)務(wù)院第一次全國(guó)水利普查領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室.水利普查總體方案[S].北京：中國(guó)水利水電出版社，2010.

[2]國(guó)務(wù)院第一次全國(guó)水利普查領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室.河湖基本情況普查[S].北京：中國(guó)水利水電出版社，2010.

[3]國(guó)務(wù)院第一次全國(guó)水利普查領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室.全國(guó)河流湖泊基本情況普查方案[S].北京：中國(guó)水利水電出版社，2010.

Discussion on Rivers and Lakes Census Average Gradient Checking Methods in Mountainous Area

SONG Fei

(Hebei Province Zhangjiakou Water Hydrology & Water resources Bureau，Zhangjiaokou 075000，China)

The first national census for water conservancy is the first comprehensive water conservancy survey since the establishment of China from 2010 to 2012.It has 8 special censuses，in which river and like census is the earliest one，and a main task of the first water conservancy census for the Sate Council，also the basis for other censuses.Watershed water natural feature checking is an important work of river and lake characteristics，in which checking average gradient data extracted by State Census Office is an important work.

water conservation census；river and lake census；natural characteristics；average gradient；checking method

1007-7596(2015)01-0030-03

2014-04-12

宋飛(1983-)，男 ，河北安國(guó)人，工程師。

TV211

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